馮 諾依曼鄰居問題

2021-08-13 06:46:18 字數 974 閱讀 1814

從r=0開始,此時格仔上有乙個方塊,然後逐步演化,每一步都在上一步的基礎上新增一圈兒方塊,當r=n時,會有多少個方塊呢?

分析

假設初始方塊為o,從r=0到r=1時,在o的水平和垂直方向上各增加了兩個方塊;從r=1到r=2時,也是如此,同時在其它方向上也增加了若干方塊。由此,可以把方塊的增加分為兩部分,一是水平和垂直方向d1,二是其它方向d2。可以看到,每到新的一步,d1方向上增加的都是4個方塊,它們都與原圖(上一步)的乙個邊相鄰;而d2方向上增加的方塊都與原圖的兩條邊相鄰。這樣,只要知道了上一步的圖中有多少條外層的邊,即可以確定下一步會增加多少方塊了,所以這裡可以先找外層邊的變化規律。

解決

假設在第n步時,邊的數目為s(n),則s(0) = 4,s(1) = 12,下面來看後面的每一步s是如何變化的。從r=1到r=2時,d1方向增加的4個方塊為s(2)貢獻了2×4條邊;d2方向上,每乙個新的方塊,隱藏了兩條原來的邊,同時又暴露出了兩條新邊,所以這些方塊並沒有改變邊的數目。這樣我們可以得到乙個結論是s(n) = s(n-1) + 8,且s(0) = 4。這是乙個等差數列,s(n) = 8n + 4(n >= 0)。

假設在第n步時,方塊的數目為b(n),則b(0) = 1,根據上面的分析有b(n)比b(n-1)增加的方塊是兩部分:d1方向的4個;d2方向上是其它邊數目的一半,所以得到關係:

b(n) = b(n-1) + 4 + [s(n-1)-4] / 2 = b(n-1) + 4n(n >= 1)。解此遞推關係可以得到:

b(n) = 2n(n+1) + 1。

可以看到b(n)和s(n)都對應著乙個簡單的遞推關係。

還可以從另乙個角度來看待這些方塊。設初始方塊o的座標為(x0, y0),那麼在第r步,圖中的方塊與o的關係是:

即距離o不超過r的方塊。

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